動態(tài)冷凍干燥技術(shù)

動態(tài)冷凍干燥技術(shù)

隨著新一代動態(tài)冷凍干燥工藝的誕生，全密閉式的加工避免了很多傳統(tǒng)托盤式冷凍干燥機的不足之處——例如結(jié)塊、傳熱慢、依賴人工操作、物料接觸操作人員及產(chǎn)品收到污染的風險。本文所介紹的這種全新的動態(tài)冷凍干燥技術(shù)將在世界范圍內(nèi)被視為冷凍干燥領(lǐng)域和粉體科技領(lǐng)域跨出的重要一步。

隨著近百年的發(fā)展和探索，冷凍干燥（也稱凍干）科技在過去的一個世紀中取得了巨大的進步和發(fā)展。它從一個新奇的實驗室實驗發(fā)展成一個成熟的生產(chǎn)技術(shù)，可應(yīng)用于帶水分并且室溫下不穩(wěn)定的物料。冷凍干燥涉及了溶劑的冷凍及升華過程，多數(shù)情況下溶劑為水。在傳統(tǒng)的托盤式冷凍干燥中，需干燥的產(chǎn)品被充入容器中的托盤內(nèi)并且通過對托盤的冷凍將物料進行降溫。然后再通過抽取真空將原料從固相直接升華到氣相。通常的真空度可達到1 mbar到0.01 mbar區(qū)間。例如，在溫度在-20 ℃或者更低的情況下并且保證以上真空度，即可確保水的升華。

傳統(tǒng)的托盤式冷凍干燥機有一個主要的問題，即在冷凍干燥生產(chǎn)過程中大部分產(chǎn)品中會出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象。除了一部分產(chǎn)品本身的特殊結(jié)構(gòu)，大部分的產(chǎn)品會結(jié)成一個大硬塊。因此通常干燥后的產(chǎn)品需要破碎整粒，但是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可能會因此遭到破壞。另外一個缺點是由于材料處于靜態(tài)，因此相對而言熱傳遞比較慢。在進料時，需要在托盤上灌入原料，并且在卸料時需要將干料從托盤中取出，這些相應(yīng)地會消耗很多的人工，并且無法避免粉塵的外漏。因此特別是在處理活性原料藥時，避免操作人員暴露在粉塵環(huán)境中和物料收到污染是非常困難的。綜上原因，冷凍干燥技術(shù)成為了制藥行業(yè)中成本最高的工藝之一。

動態(tài)冷凍干燥機的原理

是無結(jié)塊、自由流動的粉體?，F(xiàn)在，動態(tài)冷凍干燥包含了一個特制的干燥腔體和一個產(chǎn)品過濾器。產(chǎn)品在冷卻介質(zhì)、真空和冷卻夾套的輔助下在腔體中將會被快速冷卻。然后得到了可自由流動的團聚顆粒。在冷凍之后，腔體內(nèi)部的真空度將會達到溶劑的三相點以下。在停止使用冷卻介質(zhì)后，溶劑即開始升華。在升華過程中，將通過夾套將熱傳遞給物料，并且通過其中的攪拌器使物料均勻受熱。并且隨著冷凍物料不斷地升華，起初形成的團聚顆粒也會逐漸變小。從中脫落的顆粒將會被移動到過濾器進行收集。隨著干燥過程的結(jié)束，大部分的冷凍溶液也隨之升華，產(chǎn)品的溫度將

10年前，在細川密克朗荷蘭公司開始在一個干燥機的原型上進行低溫和低壓實驗，并發(fā)現(xiàn)可以在動態(tài)攪拌的過程中進行冷凍干燥。在這種情況下得出的產(chǎn)品會逐漸上升。最終，產(chǎn)品的溫度和內(nèi)部夾套溫度一致，至此整個冷凍干燥過程結(jié)束。于此同時，所有的物料將為超細、松散的粉狀，因此不需要額外的破碎或加工。在真空停止后，粉料將會非常容易地從過濾器或者干燥腔進行回收。

與傳統(tǒng)的凍干工藝對比，動態(tài)冷凍干燥憑借對冷凍結(jié)塊的物料進行持續(xù)的攪拌混合而達到非常高效的熱交換率，也從而降低了干燥工藝的時間。

另外，動態(tài)冷凍干燥后的產(chǎn)品為非結(jié)晶狀，相較傳統(tǒng)的托盤式凍干產(chǎn)品，這會讓產(chǎn)品的（再）分散性和流動性更加卓越。

綜上所述，動態(tài)冷凍干燥簡化了傳統(tǒng)的凍干工藝，因為所有的步驟都可以在一個單獨的設(shè)備中加工，這樣避免了在冷凍單元、干燥腔和破碎設(shè)備間反復(fù)操作帶有物料的托盤。這樣即可將污染的風險降到最低，因為所有動態(tài)冷凍干燥的工藝過程都在一個完全封閉的腔體中進行，這種工藝適用于潔凈和完全的無菌加工。并且設(shè)備可滿足CIP(在線清洗)和通過高壓蒸汽或VHP（汽化過氧化氫）進行SIP（在線滅菌）。

應(yīng)用制藥行業(yè)，例如抗生素、電解液和其他活性原料藥。其他需用凍干工藝制作的材料包括蛋白質(zhì)、激素、病毒、疫苗、細菌、酵母、血清、脂質(zhì)體和移植材料例如膠原海綿。動態(tài)冷凍干燥的另外一個新興市場是納米材料:在納米材料的冷凍干燥過程中，產(chǎn)品在干燥前后都能保持在分散的狀態(tài)。在一些高檔的食品領(lǐng)域已經(jīng)有成功的經(jīng)驗案例例如營養(yǎng)品、維他命、蔬菜、草本、牛奶衍生產(chǎn)品、昆蟲和香料類產(chǎn)品。

結(jié)論

在以上介紹的動態(tài)冷凍干燥工藝中，一種新型號的大產(chǎn)量冷凍干燥產(chǎn)品已可供選擇。動態(tài)冷凍干燥的批次處理量從幾升的小型實驗型號到中試及生產(chǎn)型號皆可選擇。這種新的技術(shù)提供了產(chǎn)品的高效處理、簡化工藝、密閉加工和獨一無二的產(chǎn)品質(zhì)量解決方案。

本文由細川密克朗（上海）粉體機械有限公司提供。